高壓線(xiàn)除冰機(jī)械人設(shè)計(jì)【2013年最新整理畢業(yè)論文】

I 摘要 機(jī)械式輸電線(xiàn)除冰技術(shù)是利用傳統(tǒng)的工具通過(guò)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方式達(dá)到輸電線(xiàn)除冰的目的。由于機(jī)械式輸電線(xiàn)除冰技術(shù)除冰效率高，操作簡(jiǎn)單，因此受到很多國(guó)家的重視，在國(guó)內(nèi)也引起了極高的重視，尤其是各大院校和科研院所。本文從輸電線(xiàn)覆冰原理及其危害綜合說(shuō)明了輸電線(xiàn)覆冰對(duì)人們生產(chǎn)生活的影響，提出了一種新的輸電線(xiàn)除冰解決方案。研發(fā)一款新式輸電線(xiàn)除冰機(jī)。 本輸電線(xiàn)除冰機(jī)主要由 4 部分組成，行走部分和除冰部分。行走部分主要通過(guò)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，除冰部分通過(guò)對(duì)滾刀具實(shí)現(xiàn)除冰。 關(guān)鍵詞：輸電線(xiàn)除冰 機(jī)械式 覆冰 II Abstract Mechanical transmission line de-icing technology is used tools by body movements in traditional means to achieve the purpose of transmission line icing. The mechanical transmission line de-icing deicing technology, high efficiency, easy operation. Therefore, the attention by many countries, high in the country also attracted attention, especially in the major universities and research institutes. The ice on the transmission line theory and the consolidated statement of the transmission line against ice impact on peoples production and life, to provide new transmission line de-icing solutions. Developing a new transmission line de-icing machine. The transmission line de-icing machine mainly consists of 4 parts, Chassis parts and de-icing. Walking through the gear transmission part, achieved by de-icing rolling tool to achieve some de-icing. Key words: Transmission line de-icing； Mechanical； Ice on the line III 目錄 摘要 . I Abstract . II 第 1 章 緒論 .1 1.1 輸電線(xiàn)覆冰概況 . 1 1.2 輸電線(xiàn)覆冰危害及機(jī)理 . 6 1.3 國(guó)內(nèi)外相關(guān)除冰設(shè)備及技術(shù)的特點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì) . 6 1.4 除冰機(jī)研究的內(nèi)容和意義 . 7 第 2 章 方案設(shè)計(jì) .8 2.1 工作原理 . 8 2.2 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案 . 9 2.3 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 12 第 3 章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .15 3.1 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì) . 15 3.1.1 齒輪機(jī) 構(gòu)設(shè)計(jì) . 15 3.1.2 軸的設(shè)計(jì) . 20 3.1.3 軸承校核 . 23 3.2 除冰機(jī)構(gòu)的設(shè) 計(jì) . 26 3.2.1 除冰方式選擇 . 26 3.2.2 刀架設(shè)計(jì) . 28 3.2.3 除冰機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇 . 28 3.3 整機(jī)三維裝配圖 . 29 第 4 章 功能及創(chuàng)新點(diǎn) .32 總結(jié) .33 參考文獻(xiàn) .34 致謝 .36 1 第 1 章 緒論 1.1 輸電線(xiàn)覆冰概況 2 3 輸電線(xiàn)路因受結(jié)冰危害通常容易引起嚴(yán)重的斷線(xiàn)、桿塔倒塌、大面積停電、限電等事故。對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成了嚴(yán)重威脅 ,也一直是電力系統(tǒng)研究中急待解決的難點(diǎn)問(wèn)題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) ,自上世紀(jì) 50年代以來(lái) ,我國(guó)輸電線(xiàn)路便不斷遭受覆冰危害。 2003年 ,由覆冰引起的 110 500kV輸電線(xiàn)路跳閘 79次 ,占總事故的3127%,其中 500kV線(xiàn)路跳閘 13次 ；由于覆冰引起 110 500kV線(xiàn)路非計(jì)劃停運(yùn) 47次 ,占總事故的 41。 24% 。 2004年 12月至 2005年 2月 ,我國(guó)華中電網(wǎng)出現(xiàn)大面積冰災(zāi)事故 ,僅湖南省就有 700多萬(wàn)人受災(zāi) ,直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò) 10億元。 2008年 1月 ,南方多個(gè)省份遭受了 50年一遇的冰雪災(zāi)害 ,華中、華東部分地區(qū)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的大強(qiáng)度、大范圍低溫雨雪冰凍天氣 , 導(dǎo)致湖南、江西、浙江、安徽、湖北等地的電網(wǎng)發(fā)生倒塔、斷線(xiàn)、舞動(dòng)、覆冰閃絡(luò)等多 種災(zāi)害 , 湖南電網(wǎng) 14條 500 kV、 44條 220 kV和 121條 110 kV線(xiàn)路停運(yùn) ； 江西電網(wǎng) 17條 500 kV、 57條 220 kV和 168條 110 kV線(xiàn)路停運(yùn) ； 浙江電網(wǎng) 23條 500 kV、 21條 220 kV和 14條 110 kV線(xiàn)路停運(yùn) , “西電東送”大通道江城、宜華 500 kV直流線(xiàn)路損壞嚴(yán)重 , 河南、重慶、四川等地的電網(wǎng)也受到不同程度的沖擊和破壞。 部分地區(qū)的線(xiàn)路覆冰厚度達(dá)到 40 60mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了15 20 mm的設(shè)計(jì)值 ,如圖 1-1。貴州 500kV骨干網(wǎng)基本癱瘓 ,華中、華東電網(wǎng)幾十條 500kV線(xiàn)路倒塔、倒桿、解列和停運(yùn) ,最大電力缺口接近 4000萬(wàn) kW。截至 2月 12日 ,全國(guó)因?yàn)?zāi)停運(yùn)線(xiàn)路共 35968條 ,停運(yùn)變電站 1731座 , 110 500kV線(xiàn)路倒塔 8709座 ,全國(guó) 13個(gè)省份拉閘限電 ,共有 17個(gè)省級(jí)電網(wǎng)電力供應(yīng)緊張。全國(guó)受災(zāi)人口達(dá) 1億多 ,直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò) 1100億元。 4 圖 1-1 輸電線(xiàn)覆冰情況 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展 ,超高壓大容量輸電線(xiàn)路越建越多 ,線(xiàn)路走廊穿越的地理環(huán)境更加復(fù)雜 ,如經(jīng)過(guò)大面積的水庫(kù)、湖泊和崇山峻嶺 ,給線(xiàn)路維護(hù)帶來(lái)很多困難 . 而且在嚴(yán)冬及初春季節(jié) ,我國(guó)云貴高原、川陜一帶及兩湖地區(qū) 常出現(xiàn)霧凇和雨凇現(xiàn)象 ,造成架空輸電線(xiàn)路覆冰 ,使線(xiàn)路舞動(dòng)、閃絡(luò)、燒傷 ,甚至斷線(xiàn)倒桿 ,使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)遭到破壞 ,安全運(yùn)行受到嚴(yán)重威脅 .在緊急情況下 ,尋道員用帶電操作桿或其它類(lèi)似的絕緣棒只能為很少的一部分覆冰線(xiàn)路除冰 ,人工除冰有很高的危險(xiǎn)性 1 。在國(guó)外 ,一些國(guó)家的地理與氣候情況與我國(guó)相似 ,甚至一些國(guó)家的情況更加惡劣 ,為了保證電力系統(tǒng)的可靠性 ,提高高壓輸電線(xiàn)除冰的效率 ,減少損失 ,維護(hù)工人的安全 ,開(kāi)發(fā)一種可以替代或部分替代工人進(jìn)行除冰作業(yè)的新型設(shè)備一直是國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的熱點(diǎn) . 因此 ,研制安全有效的除冰機(jī)械以代替人進(jìn)行導(dǎo) 線(xiàn)除冰具有較好的應(yīng)用前景和實(shí)用意義。 圖 1-2 鐵塔被超過(guò)設(shè)計(jì)承受能力的覆冰載荷壓壞 5 圖 1-3 鐵塔被不均勻覆冰縱向不平衡張力拉壞 圖 1-4 鐵塔被斷線(xiàn)沖擊荷載與縱向不平衡張力扭壞 6 圖 1-5 鐵塔因長(zhǎng)時(shí)間舞動(dòng)而發(fā)生倒塌 1.2 輸電線(xiàn)覆冰危害及機(jī)理 (1)過(guò)荷載。即導(dǎo)線(xiàn)覆冰厚的實(shí)際重量超過(guò)設(shè)計(jì)值很多 ,導(dǎo)致架空輸電導(dǎo)線(xiàn)及桿塔載荷過(guò)大超出自身機(jī)械強(qiáng)度極限最終斷線(xiàn)垮塔。如圖 1-2所示。 (2)不同期脫冰或不均勻覆冰事故。相鄰檔導(dǎo)線(xiàn)不均勻覆冰或不同期脫冰會(huì)產(chǎn)生張力差 ,使導(dǎo)線(xiàn)在線(xiàn)夾內(nèi)滑動(dòng)松脫 ,甚至 會(huì)因?yàn)閮蓚?cè)水平張力差過(guò)大而拉垮桿塔 ；不同期脫冰會(huì)使導(dǎo)線(xiàn)跳躍電氣間隙減小 ,造成導(dǎo)線(xiàn)相間短路或直接對(duì)地短路事故。如圖 1-3所示。 (3)絕緣子串冰閃事故。絕緣子覆冰或被冰凌橋結(jié)后 ,絕緣強(qiáng)度下降 ,泄露距離縮短 ,融冰時(shí) ,絕緣子的局部表面電阻增加 ,形成閃絡(luò)事故導(dǎo)致持續(xù)電弧燒傷絕緣子并使其絕緣強(qiáng)度降低。 (4)導(dǎo)線(xiàn)覆冰舞動(dòng)事故。因?qū)Ь€(xiàn)不均勻覆冰 ,在風(fēng)的作用下產(chǎn)生舞動(dòng) ,造成金具損壞 ,導(dǎo)線(xiàn)斷股 ,相間短路及桿塔傾斜或倒塌等嚴(yán)重事故。如圖 1-5所示。 1.3 國(guó)內(nèi)外相關(guān)除冰設(shè)備及技術(shù)的特點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì) 目前國(guó)內(nèi)和國(guó)外的除冰技術(shù)可歸 納有 3 0 余種，總體可分為： 1.大電流融冰法 :主要包括過(guò)電流融冰法、短路電流融冰法和直流電流融冰法。此類(lèi)方法也是目前工程中普遍采用的方案 ,在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中積累了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)。 2.機(jī)械除冰法 :滑輪刮鏟法是目前唯一可行的輸電線(xiàn)路除冰的機(jī)械方法 ,其過(guò)程是由地面工作人員拉動(dòng)可以在線(xiàn)路上行走的滑輪達(dá)到鏟除覆冰的目的。但該方法并不適用于我國(guó)西部高海拔、地形復(fù)雜地區(qū)。 3.被動(dòng)法 :被動(dòng)法就是依靠風(fēng)、地球引力、隨機(jī)散射和溫度變化等脫冰的被 7 動(dòng)方法無(wú)需附加能量?，F(xiàn)已經(jīng)在輸電線(xiàn)路上得到應(yīng)用的有平衡重量、線(xiàn)夾、除冰環(huán)、阻雪環(huán) 、憎水憎冰涂料、風(fēng)力錘等來(lái)減少輸電線(xiàn)路的覆冰 ,安裝防震錘等來(lái)減少導(dǎo)線(xiàn)的舞動(dòng)。被動(dòng)法有費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn) ,但不能阻止覆冰的形成 ,而且僅適用于特定的地區(qū)。 4.其他方法 :除上述幾種方法外 ,還有利用電磁脈沖、氣動(dòng)脈沖、電暈放電、電子凍結(jié)、碰撞前顆粒加熱和凍結(jié)等防冰除冰方法 ,但很多還處于理想或試驗(yàn)階段。而最近國(guó)內(nèi)外比較熱門(mén)的機(jī)械除冰法主要通過(guò)除冰機(jī)器人來(lái)完成，目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)的除冰機(jī)器人通常包括 3部分： 1.爬行機(jī)構(gòu) 2.越障機(jī)構(gòu) 3.除冰機(jī)構(gòu)。并且向著小型化，實(shí)用化，可越障，智能化的方向發(fā)展。 1.4 除冰機(jī)研究的內(nèi)容和 意義 針對(duì)目前各類(lèi)機(jī)械式除冰方法的不足之處，本文設(shè)想了一種全新的行走平臺(tái)，并在實(shí)踐中證明這種理論是可行的。它繼承了輪式車(chē)輛移動(dòng)速度快捷的特點(diǎn)，又具有騎掛在電線(xiàn)上的能力，在傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采用了齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，工作可靠。并且在控制方面，具有很好的功能擴(kuò)展性。作為一種運(yùn)輸平臺(tái)，具有很廣闊的功能開(kāi)發(fā)空間。另外除冰機(jī)構(gòu)也是本次設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)，采用對(duì)滾式刀具進(jìn)行除冰，除冰效果好。 本論文主要完成了輸電線(xiàn)除冰機(jī)的原理設(shè)計(jì)，方案選擇，機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，各部分零件的設(shè)計(jì)與整機(jī)的裝配，并在此基礎(chǔ)上采用三維制圖軟件建立實(shí)體模 型并進(jìn)行虛擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真。 本課題研究的目的在于根據(jù)輸電線(xiàn)系統(tǒng)的除冰需要，研制一種簡(jiǎn)單，實(shí)用的輸電線(xiàn)除冰機(jī)。輪式輸電線(xiàn)除冰機(jī)是一種用于，在山地，荒野，河流，湖泊等地理環(huán)境，不適合人工除冰的輸電線(xiàn)路上清冰。它是適用于各種地貌，不會(huì)因?yàn)榄h(huán)境的改變而停止工作。它的前端是一對(duì)用于除冰的對(duì)滾刀具，用于清除在電線(xiàn)結(jié)的冰。刀具的對(duì)滾通過(guò)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)完成。輪式除冰機(jī)主體部分是行走機(jī)構(gòu)。該設(shè)計(jì)采用壓輪推進(jìn)方式 , 機(jī)體上的兩個(gè)固定壓輪騎掛在輸電線(xiàn)上保持機(jī)體的平衡 , 機(jī)體的重心位于輸電線(xiàn)下方 , 這樣機(jī)體不會(huì)在行進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)倒轉(zhuǎn) 。兩個(gè)動(dòng)壓輪分別與兩個(gè)固定壓輪配合 , 當(dāng)推動(dòng)動(dòng)壓輪時(shí) , 動(dòng)壓輪向上抬升 , 與固定壓輪配合從上下夾緊輸電線(xiàn) , 依靠壓輪與輸電線(xiàn)的摩擦獲得前進(jìn)的動(dòng)力。該設(shè)計(jì)的電力驅(qū)動(dòng)分為兩個(gè)分支 : 一部分直接傳至除冰機(jī)構(gòu) , 供刀具除冰使用 ； 另一部分傳至動(dòng)壓輪，實(shí)現(xiàn)小車(chē)的行走。 該設(shè)計(jì)的目的是提供一種體積小，運(yùn)作靈活，運(yùn)行穩(wěn)定的輸電線(xiàn)除冰機(jī)，也提供一種適于在條件艱苦的環(huán)境下工作的電線(xiàn)除冰機(jī)器。 8 第 2 章 方案設(shè)計(jì) 2.1 工作原理 本設(shè)計(jì)采用四輪式結(jié)構(gòu)布局，具有小型輕質(zhì) ，除冰效率高，安裝方便，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)的特點(diǎn)。工作原理如圖 2 1所示，輸電線(xiàn)除冰機(jī)工作時(shí)由行走電機(jī)推動(dòng)機(jī)器行走，通過(guò)大齒輪帶動(dòng)軸 1轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)兩個(gè)減速齒輪組分別帶動(dòng)軸 2和軸 3轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)鏈輪回轉(zhuǎn)，通過(guò)傳動(dòng)鏈帶動(dòng)行走輪 2轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)輸電線(xiàn)除冰機(jī)在電線(xiàn)上行走。工作電機(jī)通過(guò)一組減速齒輪使輪 5轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)工作刀具做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 9 圖 2-1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 輪式輸電線(xiàn)除冰機(jī)由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。行走機(jī)構(gòu)通過(guò)三級(jí)齒輪減速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)減速，除冰機(jī)構(gòu)通過(guò)一級(jí)齒輪減速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)減速。輪式輸電線(xiàn)除冰機(jī)的組成框圖，如圖 2 2所示 。 2.2 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案 能夠?qū)崿F(xiàn)輪式輸電線(xiàn)除冰機(jī)功能的技術(shù)原理很多，但各有利有弊，具體分析如下： 1.驅(qū)動(dòng)方式選擇 1）小型柴油機(jī)驅(qū)動(dòng) 柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是馬力大，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)。但重量和所占空間過(guò)大，驅(qū)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大振動(dòng)，容易引起輸電線(xiàn)舞動(dòng)，不適用于在輸電上行走使用，另外對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生污染，不環(huán)保。 2）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 型號(hào)較多，選擇范圍廣。在質(zhì)量和振動(dòng)方面有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。對(duì)環(huán)境無(wú)污染，可以滿(mǎn)足環(huán)護(hù)要求。 10 圖 2-2 輪式輸電線(xiàn)除冰車(chē)組成框圖及運(yùn) 動(dòng)傳遞路線(xiàn) 2減速方式選擇 1）帶傳動(dòng) 抗拉強(qiáng)度較大，耐濕性好，廉價(jià)，可以傳送較大功率。但所需空間比較大，不適用于受空間限制要求中心距小以及急速反向傳動(dòng)的場(chǎng)合。 2）鏈傳動(dòng) 鏈傳動(dòng)的制造與安裝精度要求較低，鏈輪齒受力情況較好，承載能力較大；有一定的緩沖與減震性能；中心距可大而結(jié)構(gòu)輕便?？梢赃m應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。但是同樣，所需空間較大，不適用于受空間限制要求中心距小以及急速反向傳動(dòng)的場(chǎng)合。 3）齒輪傳動(dòng) 瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定；傳動(dòng)比范圍大，可用于減速或增速；速度和傳遞功率的范圍大，可用于高速（ v40m/s）、中速和低速（ v25m/s）的傳動(dòng)；功率可從小于 1W到 105kW；傳動(dòng)效率高，一對(duì)高精度的漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪，效率可達(dá) 99%以上；結(jié)構(gòu)緊湊，適用于近距離傳動(dòng)。 4）蝸桿傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng)用于交錯(cuò)軸間傳遞運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力。傳動(dòng)比大，工作較平穩(wěn)，噪聲低，結(jié)構(gòu)緊湊，可以自鎖；效率低，易發(fā)熱，蝸輪制造需要貴重的減摩性有色金屬。 鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)雖然適應(yīng)環(huán)境的能力比較強(qiáng)，但是所需傳動(dòng)空間比較大，不適用于在輪式輸電線(xiàn)除冰車(chē)上使用。蝸桿傳動(dòng)效率低，易發(fā)熱，環(huán)境適應(yīng)性差。因此，綜合考慮各方面因素，減速方式選擇通過(guò)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)完成。 3.行走方式選擇 1）履帶式 履帶式行走機(jī)構(gòu)廣泛用于工程機(jī)械、拖拉機(jī)等野外作業(yè)車(chē)輛。行走電機(jī) 減速機(jī)構(gòu) 行走輪 除冰電機(jī) 減速機(jī)構(gòu) 除冰刀具 11 行走條件相對(duì)惡劣，該行走機(jī)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度和剛度；具有良好的行進(jìn)及轉(zhuǎn)向功能。但是履帶式行走機(jī)構(gòu)特別笨重，不適于作為輸電線(xiàn)除冰車(chē)的行走機(jī)構(gòu)。 2）輪式 輪式行走機(jī)構(gòu)廣泛于汽車(chē)、火車(chē)、航空等各種交通工具，應(yīng)用范圍極廣，可在大多數(shù)路況行走，適應(yīng)能力較強(qiáng)。質(zhì)量較輕，便于攜帶、裝配、更換。 3）液壓缸式 在同等功率情況下，液壓執(zhí)行元件體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。液壓傳動(dòng)的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地來(lái)布置。液壓裝置工作比較平 穩(wěn)，由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向。液壓元件實(shí)險(xiǎn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和使用。但是工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作。由于流體流動(dòng)的阻力損失和泄漏較大，所以效率較低。如果處理不當(dāng)，泄漏不僅污染場(chǎng)地，而且還可能引起火災(zāi)和爆炸事故。 由于履帶式系統(tǒng)過(guò)于笨重，因此不適合在輸電線(xiàn)上行走；液壓系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，也不適合用于輸電線(xiàn)除冰機(jī)上。因此輸電線(xiàn)除冰機(jī)的行走機(jī)構(gòu)采用輪式行走機(jī)構(gòu)。為了使輪式行走機(jī)構(gòu)在輸電線(xiàn)上行走更加平穩(wěn)，在行走輪中部 開(kāi)通一個(gè)直徑為 30mm的凹槽。 4.除冰方式選擇 1)加熱除冰 通過(guò)電阻加熱或噴火加熱，使覆冰融化，達(dá)到清除覆冰的目的。加熱除冰方法對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何污染，清除效率高。但是這個(gè)方法耗能過(guò)多，不節(jié)能。 2)化學(xué)法除冰 依靠撒布化學(xué)藥劑固體顆粒或液體使冰雪融化為化學(xué)融冰 , 其特點(diǎn)是除凈率高 , 但這種方法成本高 , 且容易對(duì)環(huán)境造成污染 , 尤其是鈉鹽融雪劑對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有破壞作用 , 易造成混凝土路面的表層脫落 , 使電線(xiàn)質(zhì)量受損而縮短其使用壽命 , 對(duì)植被的損害也較嚴(yán)重。 3）振動(dòng)除冰 振動(dòng)式除冰法 , 通過(guò)馬達(dá)帶動(dòng) 一具有一定重量的除冰錘上下往復(fù)的敲擊動(dòng)作 ,當(dāng)敲擊到覆冰上時(shí)，覆冰由于受到震動(dòng)，與輸電線(xiàn)脫離。達(dá)到除冰的目的。此方法除冰效果明顯，效率較高，能耗少。但是由于震動(dòng)會(huì)引起電線(xiàn)的舞動(dòng)，有違除冰的本意。 4）對(duì)滾銑削除冰 對(duì)滾銑削式除冰工作裝置安裝在輸電線(xiàn)除冰機(jī)前端 , 通過(guò)滾壓輪上的組合刀片 , 依靠較高轉(zhuǎn)速把輸電線(xiàn)上的覆冰銑除。此方法工作效率高，清除效果好。 加熱方法耗能過(guò)多，輸電線(xiàn)除冰機(jī)不能攜帶過(guò)重的能源儲(chǔ)存裝置，因此加熱除冰法不適用?；瘜W(xué)法對(duì)環(huán)境污染大，對(duì)輸電線(xiàn)腐蝕比較大，不宜采用。振動(dòng)除冰法容易使輸電線(xiàn)產(chǎn)生舞 動(dòng)，違背了清除覆冰的初衷。綜合來(lái)看，采用對(duì)滾銑削除冰法是最佳選擇。 12 5.行走輪同步行走方法與減震方法 行走輪是推動(dòng)輸電線(xiàn)除冰機(jī)行走的主要零件 ,上端行走輪倒掛在電線(xiàn)上 ,主要目的是給除冰機(jī)提供一個(gè)拉力 ,使除冰機(jī)能掛在電線(xiàn)上。下端行走輪通過(guò)齒輪與電動(dòng)機(jī)相連，負(fù)責(zé)推進(jìn)除冰機(jī)行進(jìn)。為了使輸電線(xiàn)除冰機(jī)推進(jìn)更加平穩(wěn)，將下端兩行走輪通過(guò)鏈傳動(dòng)連接在一起，實(shí)現(xiàn)下端兩行走輪同步。具體結(jié)構(gòu)如圖 2-3所示。此外，通過(guò)對(duì)滾刀具除冰機(jī)構(gòu)的電線(xiàn)上可能依然會(huì)有小塊的覆冰。因此，行走輪還應(yīng)該具有一定的越障能力。不會(huì)讓小塊覆冰成為行走輪推進(jìn)除 冰機(jī)行走的障礙。我們?yōu)榇嗽O(shè)計(jì)了一個(gè)減震機(jī)構(gòu)。通過(guò)減震機(jī)構(gòu)，行走輪可以輕易地越過(guò)小塊覆冰。具體結(jié)構(gòu)如圖 2-4。 圖 2-3 通過(guò)鏈傳動(dòng)是行走輪同步 圖 2-4 行走輪減震機(jī)構(gòu) 綜合考慮：本設(shè)計(jì)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，齒輪傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)，輪式行走方式，對(duì)滾洗刀除冰方式。 2.3 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.輸電線(xiàn)輪式除冰機(jī)上部 13 如圖 2-5所示 ,輸電線(xiàn)輪式除冰機(jī)上部能把小車(chē)懸掛在輸電線(xiàn)上，提供向上的支撐力。同時(shí)，具有一定的越障和減震能力，可以越過(guò)沒(méi)有清理完全的覆冰。前端是除冰機(jī)構(gòu)的一部分，能使其完成除冰工作。 2.輸電線(xiàn)輪式 除冰機(jī)下部 如圖 2-6所示，輸電線(xiàn)輪式除冰機(jī)下部向小車(chē)提供向前的推力，推進(jìn)小車(chē)向前行走。前端是除冰機(jī)構(gòu)的一部分，能使其完成除冰工作。同時(shí)，通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)與上部的除冰機(jī)構(gòu)和下面的電動(dòng)機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸。 圖 2-5 輸電線(xiàn)輪式除冰機(jī)上部 圖 2-6 輸電線(xiàn)輪式除冰機(jī)下部 3.減速器 減速器是指原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立傳動(dòng)裝置。目前，許多減速器在我國(guó)已有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并在專(zhuān)門(mén)工廠(chǎng)批量生產(chǎn)。減速器的種類(lèi)很多，按傳動(dòng)類(lèi)型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器等，以及由它們相互組合起來(lái)的減速器；按齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器 、圓錐齒輪減速器及圓錐 圓柱齒輪減速器；按傳動(dòng)級(jí)數(shù)可分為單級(jí)減速器和多級(jí)減速器；按傳動(dòng)的布置形式可以分為展開(kāi)式、分流式 14 及同軸式減速器。 輸電線(xiàn)輪式除冰機(jī)的減速器為三級(jí)展開(kāi)式齒輪減速器。如圖 2-7，每級(jí)傳動(dòng)比均是 2。為了減輕減速器的重量，把減速器的外殼切除一部分。 4.電池組支架 電池組支架用于存放電池組，為除冰機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)提供電能。為了減輕輸電線(xiàn)輪式除冰機(jī)的重量，支架設(shè)計(jì)成如圖 2-8所示。 圖 2-7 輸電線(xiàn)除冰機(jī)減速器 圖 2-8 輸電線(xiàn)除冰機(jī)電池組支架 15 第 3 章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 傳動(dòng)零件的 設(shè)計(jì) 3.1.1 齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 選定齒輪的類(lèi)型，精度等級(jí)，材料以及齒數(shù) 1） 按照?qǐng)D 2 1所示的傳動(dòng)方案，因?yàn)辇X輪受軸向力很小，故選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，制作比較簡(jiǎn)單可以降低成本。 2） 該輸電線(xiàn)輪式除冰機(jī)工作時(shí)的速度較低，所以選擇 8級(jí)精度（ GB10095-88）。 3） 材料選擇。由輪齒的失效形式可知，設(shè)計(jì)齒輪時(shí)，應(yīng)該使齒面具有較高的抗磨損、抗點(diǎn)蝕、抗膠合以及抗塑性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷的能力。因此，對(duì)齒輪的材料性能基本要求為：齒面要硬、齒芯要韌。一般齒輪材料有鋼，鑄鐵，以及非金屬材料。 齒輪材料的選擇原則：齒輪材料必須滿(mǎn)足工作的要求；應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成型的方法以及熱處理和制造工藝：如正火碳鋼，不論毛坯的制作方法如何，只能用于制作在載荷平穩(wěn)或輕度沖擊下工作的齒輪，不能承受大的沖擊載荷；調(diào)質(zhì)碳鋼可以用于制作在中等沖擊載荷平穩(wěn)下工作的齒輪；合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下的齒輪；飛行器中的齒輪傳動(dòng)，要求齒輪尺寸盡可能小，應(yīng)采用表面硬化處理的高強(qiáng)度合金鋼；金屬制作的軟齒面齒輪，配對(duì)兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持為 3050HBS或更多。由剪草機(jī)的工作條件可知對(duì)齒輪材料要求不高，而且大尺 寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，因此可選用鑄鋼或鑄鐵作為齒輪材料。 根據(jù)齒輪材料選擇的原則以及常用材料的力學(xué)特性選擇大小齒輪的材料為ZG310-570，采用表面淬火。 2 齒輪尺寸設(shè)計(jì) 開(kāi)式（半開(kāi)式）齒輪傳動(dòng)，由于輪齒主要為磨損失效，為使得輪齒不至于過(guò)小，故小齒輪不適宜選用過(guò)多的齒數(shù)，本設(shè)計(jì)中選擇小齒輪齒數(shù) z1 =15，大齒輪的齒數(shù) 30152uZ 12 Z ，取 302 Z 。設(shè)計(jì)傳動(dòng)比 2u 。除冰機(jī)正常行走時(shí)的速度為 大約 3m/s。設(shè)計(jì)除冰機(jī)的前后輪直徑均為 40mm。設(shè)想除冰機(jī)工作時(shí)處于理想狀況下即輪子只滾動(dòng)不滑動(dòng)。由此可得，后輪軸的轉(zhuǎn)速約為 s/r24 。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：橡膠輪對(duì)輸電線(xiàn)滾動(dòng)摩擦力臂為 1015/mm，由于設(shè)計(jì)要求剪草機(jī)質(zhì)量不大于 20Kg，則車(chē)輪沿輸電線(xiàn)的最大滾動(dòng)阻力矩為mm7 2 0 0409.01020 NNKM 。設(shè)計(jì)輸電線(xiàn)除冰機(jī)機(jī)工作壽命為 8年。 16 3 軸 1和軸 2上齒輪 1和齒輪 2的設(shè)計(jì) 基本參數(shù) 151 Z 302 Z 2u 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，即 t1d 32d1tu1u32.2HETK Z (3-1) 1） 確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 （ 1）試選載荷系數(shù) 3.1t K （ 2）小齒輪轉(zhuǎn)矩 mm70567500985.0i 22 NTT 注：由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得：圓柱齒輪機(jī)械傳動(dòng) 7級(jí)精度的傳動(dòng)效率為0.98-0.995 （ 3）選取齒寬系數(shù) 1d （ 4）材料的彈性影響系數(shù) a8.189 MPZ E （ 5）由齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 a1lim 600 MPH ；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 a2lim 550 MPH （ 6）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 7h11 1053.5830082164.060jn60 LN (3-2) 812 1016.1u NN (3-3) （ 7）查得接觸疲勞壽命系數(shù) 33.11 HNK ； 42.12 HNK （ 8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，得 a1l i m11 5.731/ MPSK HHNH (3-4) a2l i m22 852/ MPSK HHNH (3-5) 2）計(jì)算 （ 1）計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入接觸疲勞許用應(yīng)力中的較小值 17 t1d mm42u1u32.232d1t HETK Z (3-6) （ 2）計(jì)算圓周速度與齒寬 s/m17.3V mm5b （ 3）計(jì)算齒寬與齒高之比 模數(shù) mm8.215/42/dm 1t1t Z (3-7) 齒高 mm75.62.2 5mh t 89.875.6/5h/b (3-8) （ 4） 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)速度 s/m17.3V ,7級(jí)精度，查得動(dòng)載系數(shù) 1vK ； 直齒輪，假設(shè) b/tFKA mm/100 N 查得 2.1 FH KK ； 使用系數(shù) 25.1AK ； 7級(jí)精度小齒輪對(duì)稱(chēng)支撐布置， 3033.1HK ； 由 89.8h/b ， 3033.1HK 得 25.1FK ；故載荷系數(shù) 955.1K 2. 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 彎曲疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 m 3 aa21d12 FSF YYZKT (3-9) 1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 （ 1）查得小齒輪的彎曲疲勞極限 aFE1 500 MP ；齒輪的彎曲疲勞極 限aFE2 380 MP ； （ 2）查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 11 FNK ； 98.02 FNK ； （ 3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，得 1F aF E 11 1.357/ MPSK FN (3-10) 18 2F 2FNK aFE2 266/ MPS (3-11) （ 4）計(jì)算載荷系數(shù) 875.1K （ 5）查取齒形系數(shù) 8.21a FY ； 39.22a FY （ 6）查取應(yīng)力校正系數(shù) 55.11a SY , 67.12a SY ； （ 7）計(jì)算大、小齒輪的 FSFYY aa 并加以比較得： 0 1 2 1 5.01.357 55.18.21a1a1 F SF YY (3-12) 015.0266 67.139.22a2a2 F SF YY (3-13) 大齒輪的數(shù)值大。 2） 設(shè)計(jì)計(jì)算 m mm013.123 aa21d1 FSF YYZKT (3-14) 由上可得，小齒輪的分度圓直徑大于 42mm，模數(shù)大于 2.8即可滿(mǎn)足齒輪強(qiáng)度要求?？紤]到加工難易以及軸的強(qiáng)度故取模數(shù) m=3，小齒輪分度圓直徑為 45mm。 3. 幾何尺寸計(jì)算 1） 計(jì)算分度圓直徑 mm45mm315md 11 Z (3-15) mm90mm330md 22 Z (3-16) 2） 計(jì)算中心距 mm5.672/90452/dda 21 (3-17) 3） 計(jì)算齒輪寬度 取 mm51 B , mm52 B . 4） 計(jì)算齒頂圓直徑 mm5131215d 1a (3-18) mm9631230d 2a (3-19) 19 5） 計(jì)算齒根圓直徑 mm5.37325.1215d 1f (3-20) mm5.82325.1230d 2f (3-21) 齒輪結(jié)構(gòu)通常與其幾何尺寸，材料及制造工藝有關(guān)，一般多采用鑄造或者鍛造毛坯。為了減輕重量 ,在大齒輪輪轂打六個(gè)通孔；當(dāng)齒輪根圓直徑與該處軸所需直徑差值過(guò)小時(shí)，為避免由于鍵槽處輪轂過(guò)于薄弱而發(fā)生失效，應(yīng)將齒輪與軸加工成一體；由于小齒輪的齒頂圓直徑較小，所以可以做成實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪。 圖 3 1 小齒輪形狀結(jié)構(gòu)圖 圖 3 3 大齒輪形狀結(jié)構(gòu)圖 20 3.1.2 軸的設(shè)計(jì) 1 軸的材料選擇 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。 由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造尤為廣泛，其中最常用的是 45號(hào)鋼。 合金鋼比碳鋼具有更高的力學(xué)性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動(dòng)力，并要求減小尺寸與質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。 必 須指出：在一般工作溫度下（低于 200），各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均相差不多，因此在選擇鋼的種類(lèi)和決定鋼的熱處理方法時(shí)，所根據(jù)的是強(qiáng)度與耐磨性，而不是軸的彎曲或扭轉(zhuǎn)剛度。但也應(yīng)當(dāng)注意，在既定條件下，有時(shí)也可以選擇強(qiáng)度較低的鋼材，而用適當(dāng)增大軸的截面面積的辦法來(lái)提高軸的剛度。 各種熱處理（如高頻淬火、滲碳、氮化、氰化等）以及表面強(qiáng)化處理（如噴丸、滾壓等），對(duì)提高軸的抗疲勞強(qiáng)度都有著顯著的效果。 高強(qiáng)度鑄鐵和球墨鑄鐵容易作成復(fù)雜的形狀，且具有價(jià)廉，良好的吸振性和耐磨性，以及對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低等優(yōu)點(diǎn)，可用于 制造外形復(fù)雜的軸。 根據(jù)軸的常用材料及其主要力學(xué)性能，結(jié)合此處的實(shí)際的情況，所受載荷小而且轉(zhuǎn)速低所以三個(gè)軸均選擇用 45鋼（調(diào)質(zhì)）。 2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。 軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置以及形式；軸上零件的類(lèi)型，尺寸，數(shù)量以及和軸聯(lián)接的方法；載荷的性質(zhì)，大小，方向以及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)因素較多，而且結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而不同，所以軸沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)時(shí)必須針對(duì)不同情況進(jìn)行具體的分析。但是，不論何種具體條件 ，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)該滿(mǎn)足：軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。 軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、圓螺母、軸端擋圈和軸承端蓋等來(lái)保證的。 軸肩 分為定位軸肩和非定位軸肩兩類(lèi)，利用軸肩定位是最方便可靠的方法，但采用軸肩就必然會(huì)使軸的直徑加大，而且軸肩處將因截面突變而引起應(yīng)力集中。另外，軸肩過(guò)多時(shí)也不利于加工。因此，軸肩定位多用于軸向力較大的場(chǎng)合。 21 套筒定位 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位可靠，軸上不需開(kāi)槽鉆孔和切制螺紋，因而不影響軸的疲勞強(qiáng)度，一般用于軸上兩個(gè)零件之間的 定位。如兩零件的間距較大時(shí)，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的質(zhì)量及材料用量。因套筒與軸的配合較松，如軸的轉(zhuǎn)速較高時(shí)，也不宜采用套筒定位。 圓螺母 定位可承受大的軸向力，但軸上螺紋處有較大的應(yīng)力集中，會(huì)降低軸的疲勞強(qiáng)度，故一般用于固定軸端的零件，有雙圓螺母和圓螺母與止動(dòng)墊片兩種型式。當(dāng)軸上兩零件間距離較大不宜使用套筒定位時(shí)，也常采用圓螺母定位。 軸承端蓋 用螺釘或榫槽與箱體聯(lián)接而使?jié)L動(dòng)軸承的外圈得到軸向定位。在一般情況下，整個(gè)軸的軸向定位也常利用軸承端蓋來(lái)實(shí)現(xiàn)。 軸上零件的周向定位的目的是限制軸上零件與軸發(fā)生 相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。常用的周向定位零件有鍵花鍵、銷(xiāo)緊定螺釘以及過(guò)盈配合等，其中緊定螺釘只用在傳力不大之處 有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑。安裝標(biāo)準(zhǔn)件（如滾動(dòng)軸承、聯(lián)軸器、密封圈等）部位的軸徑，應(yīng)取為相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值及所選配合的公差。 為了使齒輪、軸承等有配合要求的零件裝拆方便，并減少配合表面的擦傷，在配合軸段前應(yīng)采用較小的直徑。為了使與軸作過(guò)盈配合的零件易于裝配，相配軸段的壓入端應(yīng)制出錐度；或在同一軸段的兩個(gè)部位上采用不同的尺寸公差。 確定各軸段長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)還要保證零件所需的裝配或調(diào)整空間。 軸的各段長(zhǎng)度主要是根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件間必要的空隙來(lái)確定的。為了保證軸向定位可靠，與齒輪和聯(lián)軸器等零件相配合部分的軸段長(zhǎng)度一般應(yīng)比輪轂長(zhǎng)度短 2 3mm。 結(jié)合以上設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)各個(gè)軸的結(jié)構(gòu)尺寸如下： （ 1） 軸的設(shè)計(jì) 1） 求作用在軸 上齒輪 1的力 因?yàn)?mm30.d1 mm7200T 2 N ，故 NT 48030/7 2 0 02d/2F 22t2 (3-22) NF 7.1 7 4tanF t2r2 （ 20 ） (3-23) 由此可見(jiàn)，軸所承受的力很小。 NP 1 0 8 59 5 5 0/60247 2 0 09 5 5 0/nT 111 (3-24) 2） 初步確定軸的最小直徑 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得，取 0A =112,于是得 22 mm7.86064.0 1030112nd 3 33220m i n PA (3-25) 考慮到需要開(kāi)鍵槽以及加工工藝，故取 mm10d min 。顯然，軸的最小直徑是安裝車(chē)輪處，即 mm10dd 21mi n 。 3）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 為了滿(mǎn)足車(chē)輪的軸向定位要求，車(chē)輪外用 M10的螺母定位；內(nèi)用套筒定位。 初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)承受的徑向和軸向力均很小，故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù) mm10d min ，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 276-1994,由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0組基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列深溝球軸承 6004，其尺寸為 mm5mm19mm10d BD ，由于不需要安裝擋油環(huán)，所以軸承內(nèi)用套筒定位 ，套筒用行走輪定位；外用軸承錐形套筒定位。軸承安裝在下車(chē)體外殼上，其周向定位是借助過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 m6。 由于軸上零件比較少。所以不需要軸肩。因此設(shè)計(jì)成長(zhǎng)度為 130mm的光軸，需要在指定位置開(kāi)鍵槽。軸的兩端分別有 10mm的螺紋。 軸上零件的周向定位 齒輪、車(chē)輪與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按 6-5d 由手冊(cè)查得平鍵截面mm4mm4hb （摘自 GB/T 1095-2003） ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為 5mm（摘自 GB/T 1096-2003） 。 同時(shí)為了保證齒輪與軸的配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 H7/n6；同樣車(chē)輪與與軸的聯(lián)接，選用 B型平鍵mm5mm4mm4 ，車(chē)輪與軸的配合為 H7/k6. 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得， M10螺紋倒角為 245 ； M27螺紋倒角為 145 ；各軸肩處的圓角半徑取 R1。 初步確定的軸 的結(jié)構(gòu)如圖 3 4所示。 圖 3 4 軸的結(jié)構(gòu) 23 3 提高軸強(qiáng)度的措施 (1) 合理布置軸上零件以減小軸的載荷 ； (2) 改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)以減小應(yīng)力集中的影響 ； 軸通常是 在變應(yīng)力條件下工作的 ,軸的截面尺寸發(fā)生突變處要產(chǎn)生應(yīng)力集中 ,軸的疲勞破壞往往在此發(fā)生。為了提高軸的疲勞強(qiáng)度，應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中源和降低應(yīng)力集中程度。為此軸肩處應(yīng)采用較大的過(guò)渡圓角半徑 r來(lái)降低應(yīng)力集中。但對(duì)定位軸肩，還必須保證零件得到可靠的定位。當(dāng)靠軸肩定位的零件的圓角半徑很小時(shí)，為了增大軸肩處的圓角半徑，可采用內(nèi)凹圓角或加裝隔離環(huán)。 (3)改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)以減小軸的載荷 ； (4)改進(jìn)軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強(qiáng)度 ； 軸的表面粗糙度和表面強(qiáng)化處理方法也會(huì)對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生影響。軸的表面愈粗糙，疲勞強(qiáng)度也愈低 。因此，應(yīng)合理減小軸的表面及圓角處的加工粗糙度值。 表面強(qiáng)化處理的方法有：表面高頻淬火等熱處理；表面滲碳、氰化、氮化等化學(xué)熱處理；碾壓、噴丸等強(qiáng)化處理。通過(guò)碾壓、噴丸進(jìn)行表面強(qiáng)化處理時(shí)可使軸的表層產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，從而提高軸的抗疲勞能力。 各個(gè)軸均采用淬火處理。 4 軸的結(jié)構(gòu)工藝性 軸的結(jié)構(gòu)工藝性是指軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)便于加工和裝配軸上零件，并且生產(chǎn)率高，成本低。一般地說(shuō) ,軸的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單 ,工藝性越好。因此 ,在滿(mǎn)足使用要求的前提下 ,軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)盡量簡(jiǎn)化。 為了便于裝配零件并去掉毛刺，軸端應(yīng)制出 45的倒角；需要 磨削加工的軸段，應(yīng)留有砂輪越程槽；需要切制螺紋的軸段，應(yīng)留有退刀槽。它們的尺寸可參看標(biāo)準(zhǔn)或手冊(cè)。 為減少加工了減少裝夾工件的時(shí)間，在同一軸上，不同軸段的鍵槽應(yīng)布置（或投影）在軸的同一母線(xiàn)上。為了刀具種類(lèi)和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，軸上直徑相近的圓角、倒角、鍵槽寬度、砂輪越程槽寬度和退刀槽寬度等應(yīng)盡可能采用相同的尺寸。 3.1.3 軸承校核 滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的零件之一，它是依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來(lái)支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。常用的滾動(dòng)軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，并由專(zhuān)業(yè)工廠(chǎng) 大量制造即供應(yīng)各種規(guī)格常用的軸承。 滾動(dòng)軸承的構(gòu)成：包括：內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體、保持架 內(nèi)圈用來(lái)和軸頸裝配，外圈用來(lái)和軸承座孔裝配。通常是內(nèi)圈隨軸頸回轉(zhuǎn)，外圈 24 固定，但也可以用于外圈回轉(zhuǎn)而內(nèi)圈不動(dòng)，或是內(nèi)、外圈同時(shí)回轉(zhuǎn)的場(chǎng)合。當(dāng)內(nèi)、外圈相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾動(dòng)體即在內(nèi)、外圈的滾道內(nèi)滾動(dòng)。保持架的作用主要是均勻地隔開(kāi)滾動(dòng)體。 滾動(dòng)體的基本類(lèi)型有：鋼球、圓柱滾子、圓錐滾子、滾針、鼓形滾子、不對(duì)稱(chēng)鼓形滾子。 與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承具有旋轉(zhuǎn)精度高、啟動(dòng)力矩小、是標(biāo)準(zhǔn)件、選用方便等特點(diǎn)。 與滑動(dòng)軸承相比， 滾動(dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn)： 1、一般條件下，滾動(dòng)軸承的效率和液體動(dòng)力潤(rùn)滑軸承相當(dāng)，但較混合潤(rùn)滑軸承要高一些； 2、徑向游隙比較小，向心角接觸軸承可用預(yù)緊可用預(yù)緊力消除游 隙， 運(yùn)轉(zhuǎn)精度高； 3、對(duì)于同尺寸的軸徑，滾動(dòng)軸承的寬度比滑動(dòng)軸承小，可使機(jī)器的 軸向結(jié)構(gòu)緊湊； 4、大多數(shù)滾動(dòng)軸承能同時(shí)受徑向和軸向載荷，故軸承組合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； 5、消耗潤(rùn)滑劑少，便于密封，易于維護(hù)； 6、不需要有用有色金屬； 7、標(biāo)準(zhǔn)化程度高，成批生產(chǎn)，成本低； 與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承的缺點(diǎn)： 1、承受沖擊載荷能力較差； 2、高速重載載荷下軸承壽 命較低； 3、振動(dòng)及噪聲較大； 4、徑向尺寸比滑動(dòng)軸承； 能否正確選用滾動(dòng)軸承，對(duì)主機(jī)能否獲得良好的工作性能，延長(zhǎng)使用壽命；對(duì)企業(yè)能否縮短維修時(shí)間，減少維修費(fèi)用，提高機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)率，都有著十分重要的作用。因此，不論是設(shè)計(jì)制造單位，還是維修使用單位，在選擇滾動(dòng)軸承時(shí)都必須高度重視。一般來(lái)說(shuō)，選擇軸承的步驟可能概括為： 1.根據(jù)軸承工作條件（包括載荷方向及載荷類(lèi)型、轉(zhuǎn)速、潤(rùn)滑方式、同軸度要求、定位或非定位、安裝和維修環(huán)境、環(huán)境溫度等），選擇軸承基本類(lèi)型、公差等級(jí)和游隙； 2.根據(jù)軸承的工作條件和受力情況和壽命要求，通 過(guò)計(jì)算確定軸承型號(hào)，或根據(jù)使用要求，選定軸承型號(hào)，再驗(yàn)算壽命； 3.驗(yàn)算所選軸承的額定載荷和極限轉(zhuǎn)速。 選擇軸承的主要考慮因素是極限轉(zhuǎn)速、要求的確良?jí)勖洼d荷能力，其它的因素則有助于確定軸承類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、尺寸及公差等級(jí)和游隙工求的最終方案。類(lèi)型選擇，各類(lèi)滾動(dòng)軸承具有不同的特性，適用于各種機(jī)械的不同使用情況。選擇軸承類(lèi)型時(shí)，通常應(yīng)考慮下列因素。一般情況下：對(duì)承受推力載荷時(shí)選用推力 25 軸承、角接觸軸承，對(duì)高速應(yīng)用場(chǎng)合通常使用球軸承，承受重的徑向載荷時(shí)，則選用滾子軸承?？傊x用人員應(yīng)從不同生產(chǎn)廠(chǎng)家、眾多的軸承產(chǎn)品中，選 用合適的類(lèi)型。軸承所占機(jī)械的空間和位置 在機(jī)械設(shè)計(jì)中，一般先確定軸的尺寸，然后，根據(jù)軸的尺寸選擇滾動(dòng)軸承。通常是小軸選用球軸承，大軸選用滾子軸承。但是，當(dāng)軸承在機(jī)器的直徑方向受到限制時(shí)，則選用滾針軸承、特輕和超輕系列的球或滾子軸承；當(dāng)軸承在機(jī)器的軸向位置受到限制時(shí)，可選用窄的或特窄系列的球或滾子軸承。軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì) 載荷是選用軸承的最主要因素。滾子軸承用于承受較重的載荷，球軸承用于承受較輕的或中等載荷，滲碳鋼制造或貝氏體淬火的軸承，可承受沖擊與振動(dòng)載荷。在載荷的作用方向方面，承受純徑向載荷時(shí) ，可選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承。承受較小的純軸向載荷時(shí)，可選用推力球軸承；承受較大的純軸向載荷時(shí)，可選用推力滾子軸承。當(dāng)軸承承受徑向和軸向聯(lián)合載荷時(shí)，一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。對(duì)于懸臂支撐結(jié)構(gòu)，常采用圓錐滾子軸承或角接觸球軸承，且成對(duì)使用。 滾動(dòng)軸承類(lèi)型選擇應(yīng)注意的問(wèn)題 : 1、考慮軸承的承受載荷情況 方向：受徑向力時(shí)，用向心軸承；受軸向力時(shí)，用推力軸承；徑向力和周向力聯(lián)合作用時(shí)，用向心推力軸承； 大?。菏艿捷^大載荷時(shí)，可用滾子軸承，或尺寸系列較大的軸承；受到較小載荷時(shí)，可用球軸承，或 尺寸系列較小的軸承 2、考慮對(duì)軸承尺寸的限制 當(dāng)對(duì)軸承的徑向尺寸嚴(yán)格限制時(shí)，可選用滾針軸承； 3、考慮軸承的轉(zhuǎn)速 一般來(lái)講，球軸承比滾子軸承能適應(yīng)更高的轉(zhuǎn)速，輕系列的軸承比重系列的軸承能適應(yīng)更高的轉(zhuǎn)速；此外，各類(lèi)推力軸承的極限轉(zhuǎn)速很低，不易用于高轉(zhuǎn)速的情況。 4、考慮對(duì)軸承的調(diào)心性要求 調(diào)心球軸承和調(diào)心滾子軸承均能滿(mǎn)足一定的調(diào)心要求（即：軸心線(xiàn)與軸承座孔心線(xiàn)可適當(dāng)偏轉(zhuǎn)），而圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、滾針軸承滿(mǎn)足調(diào)心要求的能力幾乎為零 根據(jù)各個(gè)軸承的特點(diǎn)以及選用原則，可以肯定我們初步選定的型號(hào) 6004深溝 球軸承滿(mǎn)足要求。 由于軸 1所承載的載荷最大，且軸 1的轉(zhuǎn)速最大，故軸 1上的軸承最危險(xiǎn)。若此軸承壽命滿(mǎn)足要求，則其它軸承亦可滿(mǎn)足要求。所選 6004深溝球軸承的基本額定動(dòng)載荷 C為 9.38kN假設(shè)鏈傳動(dòng)的效率為 0.9。 NTT 875.6645.73879.09.0 23 26 NTP 25.199 5 5 0 5.27675.6 6 4 89 5 5 0n 333 (3-26) 年6.79h1097.6105.192 38.95.27660 10n6010 53366h PCL (3-27) 顯然，軸承壽命滿(mǎn)足要求。 3.2 除冰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.2.1 除冰方式選擇 1 銑削的方式 即先利用銑刀從覆 冰的中間銑出一條裂縫，使覆冰的其它部分裂開(kāi) ,其后的楔形塊再對(duì)覆冰進(jìn)行擠壓 ,擠壓掉覆冰 ,完成導(dǎo)線(xiàn)除冰。但是其除冰可行性和除冰效率有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。 2 敲擊的方式 采用特制沖擊頭固接于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊上，以 15Hz 的頻率反復(fù)敲擊覆冰。但其采用敲擊方式除冰，容易引起電線(xiàn)共振和輸電線(xiàn)舞動(dòng)。這樣違背了我們?cè)O(shè)計(jì)輸電線(xiàn)除冰機(jī)的初衷。 3 加熱的方式 通過(guò)電阻加熱或噴火加熱，使覆冰融化，達(dá)到清除覆冰的目的。加熱除冰方法對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何污染，清除效率高。但是這個(gè)方法耗能過(guò)多，不節(jié)能。在要求的重量范圍內(nèi)，除冰機(jī)不能攜帶 如此大的儲(chǔ)能設(shè)備。 4 對(duì)滾除冰的方式 對(duì)滾銑削式除冰工作裝置安裝在輸電線(xiàn)除冰機(jī)前端 , 通過(guò)滾壓輪上的組合刀片 , 依靠較高轉(zhuǎn)速把輸電線(xiàn)上的覆冰銑除。此方法工作效率高，清除效果好。 綜合以上幾種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)理念以及實(shí)際需求，我們選擇設(shè)計(jì)對(duì)滾方式除冰。 刀片 27 1-滾刀片 2-滾刀底座 圖 3 10 滾刀 圖 3-11 除冰機(jī)除冰機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置 2 1 28 圖 3 11 刀架零件圖 3.2.2 刀架設(shè)計(jì) 1 剪切裝置 剪切裝置由 3片切削刀具組成。所有切削刀具固定在底刀架上 ,對(duì)滾除冰 時(shí)軸線(xiàn)位置不動(dòng) ,刀刃為直線(xiàn)型。滾刀結(jié)構(gòu)如圖 3 10所示 ,滾刀的刀片形狀為傾斜平面 ,中部有一方便與輸電線(xiàn)接觸的弧度。刀刃為直線(xiàn)線(xiàn) ,三片刀片均勻分布固定在刀架上。除冰時(shí) ,滾刀對(duì)滾轉(zhuǎn)動(dòng) ,兩組滾刀逐片組成剪口 ,覆冰隨著滾刀刀片的旋轉(zhuǎn)被切成碎屑 ,并被清除。上下刀刃在除冰過(guò)程中始終沒(méi)有接觸 17.14 。 2 對(duì)滾刀具傳動(dòng)裝置 對(duì)滾刀具傳動(dòng)裝置由圖 3 11中的兩對(duì)齒輪組成。當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下車(chē)體上除冰機(jī)構(gòu)齒輪旋轉(zhuǎn)式，上車(chē)體除冰機(jī)構(gòu)的齒輪也跟著旋轉(zhuǎn)。通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn) 對(duì)滾齒輪同步對(duì)滾。為對(duì)滾刀具提供高效穩(wěn)定的動(dòng)力輸出。 3.2.3 除冰機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇 由于網(wǎng)絡(luò)上并沒(méi)有相關(guān)的完整計(jì)算的論文，而且此項(xiàng)目并非特別普及，所以電機(jī)選擇是很大的難題，沒(méi)有相關(guān)資料可以借鑒。又因?yàn)?，我們學(xué)校的老師和同學(xué)們之前并未對(duì)此作過(guò)深入的研究，在本校也無(wú)法找到相關(guān)人員來(lái)解答和說(shuō)明此問(wèn)題。在此情況下，通過(guò)導(dǎo)師在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽中積累的經(jīng)驗(yàn)，建議采用電機(jī)為 300W。為除冰機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力源。 29 3.3 整機(jī)三維裝配圖 圖 3-11 右端后側(cè)除冰機(jī)三維圖 圖 3-12 左端后側(cè)除冰機(jī)三維視圖 30 圖 3-13 除冰機(jī)正面三維視圖 圖 3-14 除冰機(jī)俯視圖 31 圖 3 15 除冰機(jī)仰視三維視圖 32 第 4 章 功能及創(chuàng)新點(diǎn) 本設(shè)計(jì)作品的主要功能及特點(diǎn)如下： 1、該機(jī)采用對(duì)滾刀具的除冰原理，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，質(zhì)量輕，噪音小，無(wú)污染，使用靈活方便，適合在輸電線(xiàn)上除冰； 2、擁有減震機(jī)構(gòu)，具有一定越障能力，使用安全可靠，便于維修； 3、輸電線(xiàn)直徑可以在 20 40mm 之間調(diào)整，覆冰直徑 3080mm,外型尺寸（長(zhǎng) 寬 高： 330160380mm）； 4、車(chē)輪帶有凹槽，具有良好的導(dǎo)向性，使得除冰機(jī)在輸電線(xiàn)上行走時(shí)不易倒 轉(zhuǎn)； 5、兩輪之間采用鏈傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)同步行走； 6、外觀造型美觀，適合家庭用戶(hù)的審美要求； 7、采用滾刀刀具，除冰效果理想，而且成本較低，是輸電線(xiàn)除冰機(jī)的首選產(chǎn)品。 該設(shè)計(jì)作品的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下： 1、采用對(duì)滾刀具除冰，節(jié)省能源，無(wú)污染（噪音、廢氣），不易引起電線(xiàn)共振或舞動(dòng)； 2、采用齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)（實(shí)現(xiàn)減速），提高整機(jī)的工作效率，解決了從電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速過(guò)高的問(wèn)題； 3、采用具有減震的上車(chē)體，具有一定的越障能力； 4、外觀造型新穎，后端為大倒角設(shè)計(jì)，可減輕重量，適合在輸電線(xiàn)上除冰使用。 33 總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年學(xué)習(xí)成果的總結(jié)，是對(duì)我將來(lái)的學(xué)習(xí)、工作最為有力的一次鍛煉。它促進(jìn)我將所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合，并且深深的體會(huì)到了自己所學(xué)專(zhuān)業(yè)的博大精深。盡管在設(shè)計(jì)中遇到許多難題與不曾接觸過(guò)的東西，但在老師的幫助和我的刻苦努力下都一一克服，并學(xué)到了許多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。盡管我所設(shè)計(jì)的東西可能還有許多欠缺，但是我確實(shí)在此次設(shè)計(jì)中學(xué)得了很多東西，它將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)與工作產(chǎn)生很大的影響。 我這次設(shè)計(jì)的題目是：輸電線(xiàn)除冰機(jī)設(shè)計(jì)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中做了如下工作： 1、查閱有關(guān)的文獻(xiàn)資料，了解當(dāng)今 國(guó)內(nèi)外輸電線(xiàn)除冰機(jī)，巡線(xiàn)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景，也看到了創(chuàng)新設(shè)計(jì)巨大發(fā)展?jié)摿Α?2、根據(jù)輸電線(xiàn)除冰機(jī)的用途，對(duì)輸電線(xiàn)除冰機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了充分的論證，最終確定了方案。 3、對(duì)典型零件如直齒輪、軸進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并進(jìn)行了校核。 4、對(duì)所用軸承進(jìn)行了強(qiáng)度校核和以及壽命計(jì)算。 5、零件的圖紙以及裝配圖設(shè)計(jì)。 6、進(jìn)行了輸電線(xiàn)除冰機(jī)的三維設(shè)計(jì)及建模 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我具有了嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的工作作風(fēng)，為自己今后學(xué)習(xí)更多的專(zhuān)業(yè)知識(shí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為我將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中提供了一次很好的 鍛煉機(jī)會(huì)，必將對(duì)我的將來(lái)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 34 參考文獻(xiàn) 1 Sawada J， Kusumoto K， Munakata T. 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